CZ20013721A3 - Pomaloběžný diskový elektromotor - Google Patents

Description

Vynález se týká pomaloběžného více pólového diskového elektromotoru s permanentními magnety, určeného zejména pro pohon skládacích vozíků pro tělesně postižené.

Dosavadní stav techniky:

Používané pomaloběžné pohonné jednotky na elektrický pohon, jejichž kroutící moment na výstupním hřídeli je řádové v desítkách Nm, pří jmenovitých otáčkách v rozsahu jednotek za vteřinu, jsou konstruovány na bázi standardního rychloběžného elektropohonu s převodovkou. To má za následek, že vozíky pro tělesně postižené jsou robustní. Tyto pohonné jednotky nejsou vhodné pro použití u lehkých skládacích elektrických vozíků pro tělesně postižené nebo pro pohon lehkých přenosných rehabilitačních, či protetických zdravotnických pomůcek. Pro takové použití se vyžaduje plochá pohonná jednotka lehké konstrukce, bez převodové skříně, o tloušťce několika cm, se záběrovým momentem v desítkách Nm.

Podstata vynálezu:

Uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry pomaloběžný diskový elektromotor s permanentními magnety umístěnými na rotoru a s cívkami umístěnými na statoru. Podstata vynálezu spočívá v tom, že cívky jsou upevněny na prstenci magnetického stínění. Prstenec magnetického stínění je vytvořen z magneticky měkkého materiálu. Činné části cívek jsou ve vzduchové mezeře, mezi čely permanentních magnetů a vnějším povrchem prstence magnetického stínění. To znamená v prostoru, jímž prochází magnetický tok permanentních magnetů. Část každé z cívek je na vnitřním válcovém povrchu prstence magnetického stínění, kde je výrazně nižší hodnota rozptylového magnetického toku, než je hodnota magnetického toku ve vzduchové mezeře. Vzduchová mezera mezi čely permanentních magnetů a prstencem magnetického stínění je ve kterékoliv poloze rotoru vůči statoru, stejná. Póly statoru tvoří činné části cívek ve vzduchové mezeře.

Výhodou tohoto uspořádání je, že rozběh elektromotoru je plynulý a bez přeskoků charakteristických pro vícepólové elektromotory s permanentními magnety.

' 2'

Vysoký záběrový moment dovoluje využití elektromotoru bez převodové skříně i při velmi nízkých jmenovitých otáčkách. Záběrový moment lze zvyšovat zvýšením poloměru umístění funkčních prvků elektromotoru. Jeho chod je jemný a rovnoměrný i při vysokém záběrovém momentu a při extrémně nízkých otáčkách. Umožňuje plynulou regulaci otáček. Může být vytvořen jako diskový. Poměr průměru elektromotoru k jeho tloušťce může být větší, než 15. Elektromotor lze vylehčovat skříňovou sendvičovou konstrukcí rotoru i statoru. Chod je téměř bez vibrací.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, na kterých znázorňuje obr. 1 část elektromotoru vbokorysném řezu procházejícím osou elektromotoru, obr. 2 obvodovou část elektromotoru v částečném nárysném řezu a obr. 3 průběh magnetického pole a působení sil v obvodové části elektromotoru ve schematickém znázornění.

Příklady provedení vynálezu

Pomaloběžný diskový elektromotor (obr. 1) je vytvořen ze statoru a z rotoru. Nosná konstrukce rotoru je vytvořena ze dvou rotorových disků 10 vyrobených z lehkého pružného materiálu, například z duralu. Oba rotorové disky 10 jsou na vnějším obvodu mechanicky propojeny upevňovacím kroužkem 7. Upevňovací kroužek 7 slouží k vytvoření skříňové konstrukce sendvičového uspořádání rotoru. Vnější část upevňovacího kroužku 7 slouží, v případě použití pro pohon vozíků pro tělesně postižené, jako ráfek kola vozíku. Ke vnitřní válcové ploše upevňovacího kroužku 7 je připojen nosič 1 vytvořený z magneticky vodivého materiálu. Nosič i má tvar kruhového prstence. Na jeho vnitřní válcové ploše jsou upevněny permanentní magnety 2 o vysoké remanentní indukci. Rotor je mechanicky spojen se statorem kuličkovými ložisky 13. Kuličková ložiska 13 jsou uložena v ložiskových pouzdrech 12. Ložisková pouzdra 12 jsou mechanicky spojena s rotorovými disky 10. Kuličková ložiska 13 jsou nalisovaná na upevňovacím náboji 14, který je součástí statoru. K upevňovacímu náboji 14 je připevněn statorový disk 11 Statorový disk Ή v lehkém sendvičovém provedení je vytvořen ze dvou kusů. Na obvodu statorového disku 11. je upevněna kostra 8. Kostra 8 je vytvořena z nemagnetického materiálu a má tvar kotouče, jehož příčný průřez připomíná písmeno U. Na spodní střední část kostry 8 navazuje stopka 9. Prostřednictvím stopky 9 je kostra 8 • 3 ' připevněna ke statorovému disku 11 Uvnitř kostry 8 je prstenec 3 magnetického stínění. Prstenec 3 magnetického stínění je vytvořen z magneticky měkkého materiálu, například z transformátorových plechů. Na prstenci 3 magnetického stínění, jsou upevněny cívky 4. Činné části cívek 4 jsou ve vzduchové mezeře. Vzduchová mezera je vymezena čely permanentních magnetů 2 a vnějším povrchem prstence 3. magnetického stínění. To znamená že činné Části cívek 4 jsou v prostoru jímž prochází magnetický tok permanentních magnetů 2. Vzduchová mezera, je ve kterékoliv poloze rotoru vůči statoru, stejná, S výhodou.v toleranci maximálně 0,1 mm. Část každé z cívek 4 je na vnitřním válcovém povrchu prstence 3 magnetického stínění, kde je výrazně nižší hodnota magnetického toku, než je hodnota magnetického toku ve vzduchové mezeře. Póly statoru tvoří činné části cívek 4 ve vzduchové mezeře. Počet cívek 4 pod jedním permanentním magnetem 2 tvoří počet pólů statoru. Čím je vinutí statoru rozděleno na větší počet cívek 4, tím je při stejném napájecím napětí větší záběrový moment a vyšší oběhová rychlost. Čím je nižší počet pólů, tím je nižší odběr proudu z napájecího zdroje při stejném záběrovém momentu. Optimální počet pólů je v rozmezí 3 až 6 pólů, ale může být podle konstrukčních požadavků vyšší i nižší. Vzájemnou polohu každé cívky 4 vůči permanentnímu magnetu 2 sleduje polohové čidlo 5. Polohová čidla 5 jsou umístěna v radiálních osách cívek 4. Počet polohových Čidel 5 je shodný s počtem cívek 4. Cívky 4 jsou napájeny přívodními vodiči 6, které procházejí dutým nábojem 14. Mechanické uspořádání činných částí elektromotoru, to je nosiče 1, permanentních magnetů 2, prstence 3 magnetického stínění, cívek 4 s polohovými čidly 5, včetně konstrukčního řešení upevňovacího kroužku 7, je v detailním znázornění na obr. 2 a obr. 3.

Motor pracuje takto: Zdrojem magnetického toku jsou permanentní magnety 2 rozmístěné po celé vnitřní válcové ploše nosiče 1 Nosič 1 uzavírá magnetický obvod permanentních magnetů 2. Na vnitřní straně, vstupuje magnetický tok do vzduchové mezery tvořené vnitřní válcovou plochou čel permanentních magnetů 2 a vnější válcovou plochou prstence 3 magnetického stínění. Hlavní část 15 magnetického toku (obr. 3) vytváří ve vzduchové mezeře magnetickou indukci a uzavírá se přes prstenec 3 magnetického stíněni. Rozptylová část 16 magnetického toku se uzavírá v prostoru na vnitřní straně prstence 3 magnetického stínění a na vnější straně nosiče 1 permanentních magnetů 2. Po připojení napájecího napětí napájecím vodičem 6 začne cívkami 4 protékat elektrický proud. Proud protékající jedním směrem je označen symbolem x. Proud protékající v opačném směru je označen symbolem o s tečkou uvnitř. Cívky 4, v nichž proud neprotéká, symbolem označeny nejsou. Hlavní část 15 magnetického toku vytváří ve vzduchové mezeře, v koincidenci s velikostí a směrem proudu, v té části vinutí cívek 4, které jsou ve vzduchové mezeře, žádanou sílu 17. Rozptylová část 16 magnetického toku, v koincidenci s proudem procházejícím tou částí vinutí cívek 4, která je na vnitřní straně prstence 3 magnetického stínění, vytváří parazitní ztrátovou sílu 18. Smysl parazitní ztrátové síly 18 je opačný, než je smysl žádané síly 17. Tvar prstence 3 magnetického stínění snižuje velikost parazitní ztrátové síly 18 natolik, že je podstatně nižší, než je velikost žádané síly 17. Reakcí rotoru na působení výše uvedených statorových sil to je žádané síly 17 a ztrátové síly 18 je výsledná síla 19 rotoru. To je síla, která je na obvodu kola vozíku pro tělesně postižené.

Průběh elektrického proudu procházejícího cívkami 4 a tím i průběh výsledné síly 19 rotoru je možno upravovat pomocí proudových spínaných zdrojů, například na bázi tranzistorů FET, které nejsou na výkresech znázorněny. Prstenec 3 magnetického stínění konstrukčně zajišťuje dostatečnou hodnotu vlastní indukce cívek 4, která dostatečně vyhladí proud spínaných zdrojů. Velikost vlastní indukce cívek 4 a velikost opakovači frekvence spínaného zdroje má přímý vliv na potlačení vibrací z titulu opakovači frekvence spínaného zdroje.

Příklad průmyslového využití

Vynálezu se využije, pokud pracuje jako motor k pohonu lehkých přenosných skládacích vozíků pro tělesně postižené, nebo pokud pracuje jako generátor k výrobě elektrické energie.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Pomaloběžný diskový elektromotor s permanentními magnety umístěnými na rotoru a s cívkami umístěnými na statoru, vyznačující se t í m, že cívky (4} jsou upevněny na prstenci (3) magnetického stínění, který je vytvořen z magneticky měkkého materiálu, přičemž činné části cívek (4) jsou ve vzduchové mezeře, mezi čely permanentních magnetů (2) a vnějším povrchem prstence (3) magnetického stínění, to znamená v prostoru, jímž prochází magnetický tok (15) permanentních magnetů (2).

2. Pomaloběžný motor podle nároku 1 vyznačující se tím, že vzduchová mezera mezi čely permanentních magnetů (2) a prstencem (3) magnetického stínění je ve kterékoliv poloze rotoru vůči statoru^ stejná.

3. Pomaloběžný elektromotor podle nároku 1a? vyznačující se t í m, že póly statoru-hůaoríinrwirčást' .cívek (4) ve vzduchové mezeře.